Saba Rehman

• The present study was conducted on the rOCT1, a member of SLC22 family. Structurally, it consists of 12 membrane spanning α-helices with both N- and C-termini intracellular. Studies done so far, through tracer uptake and inhibition, reconstitution of rOCT1 in nanodiscs and proteoliposomes and voltage-clamp fluorometry, have identified the main amino acids in the cleft of rOCT1 that interact in a critical manner with the substrates/inhibitors either directly or indirectly. Homology modeling studies have also supported these observations. In theThe present study was conducted on the rOCT1, a member of SLC22 family. Structurally, it consists of 12 membrane spanning α-helices with both N- and C-termini intracellular. Studies done so far, through tracer uptake and inhibition, reconstitution of rOCT1 in nanodiscs and proteoliposomes and voltage-clamp fluorometry, have identified the main amino acids in the cleft of rOCT1 that interact in a critical manner with the substrates/inhibitors either directly or indirectly. Homology modeling studies have also supported these observations. In the present study we aimed at measuring the binding of substrates MPP+ and TEA+ to rOCT1 at 0oC in order to establish the amino acids in the cleft region that interact with the substrate when the transporter is frozen in the outward-open conformation. Previously identified crucial amino acids (Asp475, Phe160, Leu447, Arg440, Trp218 and Tyr222) were selected for the study. rOCT1 wild-type and its mutants were stably expressed in HEK293 cells and these cells were used for the binding measurements with the radioactive substrate (MPP+ or TEA+) at 0°C in Mg-Ca-PBS buffer as described in “Materials and Methods” section in detail. rOCT1 wild-type revealed for MPP+-binding a KD which was not significantly different from the corresponding Km value. Also, after addition of 10 nM non-radioactive MPP+, an initial increase of about 20% in bound MPP+ was observed. The results indicate that the Km for transport is dependent on the binding of MPP+ to the outward-open conformation and hints at the possibility of allosteric interaction between the binding sites. Mutations at position Trp218, Phe160 and Asp475 resulted in a change in the KD value. Trp218 mutations also showed an allosteric increase similar to the rOCT1 wild-type. This study suggests that these amino acids are located at a critical position in the outward-open conformation for MPP+ transport. TEA+-binding could not be observed in rOCT1 wild-type, indicating that the binding site is perhaps inaccessible for TEA+ in frozen outward-open state. The mutants D475E, F160A, L447F, R440K and Y222F showed a very low affinity binding with a very high KD value as compared to the corresponding Km values indicating that the transporter might have different affinities for extra-cellular binding alone and for the complete transport process especially if temperature is the limiting factor. Substrate inhibition studies done using both MPP+ and TEA+ have confirmed the existence of overlapping binding sites for these two ligands. This study has confirmed the direct interaction of Trp218, Phe160, Asp475 with MPP+ and Phe160, Asp475, Leu447, Arg440 and Tyr222 with TEA+ in the outward-open conformation.…
• In der vorgelegten Arbeit werden Untersuchungen am organischen Transporter rOCT1, einem Mitglied der SLC22 Familie, berichtet. Frühere Untersuchungen beinhalteten Transportmessungen mit radioaktiven Substanzen und Hemmstoffen, Transport- und Bindungsmessungen nach Rekonstitution in Nanodisken und Proteo¬liposomen und Voltage-Clamp-Fluorimetrie-Analysen an rOCT1 und rOCT1 Mutanten. Sie führten zur Identifizierung wichtiger Aminosäuren im Bindungsspalt von rOCT1, welche für die Interaktion mit Substraten oder Hemmstoffen wichtig sind.In der vorgelegten Arbeit werden Untersuchungen am organischen Transporter rOCT1, einem Mitglied der SLC22 Familie, berichtet. Frühere Untersuchungen beinhalteten Transportmessungen mit radioaktiven Substanzen und Hemmstoffen, Transport- und Bindungsmessungen nach Rekonstitution in Nanodisken und Proteo¬liposomen und Voltage-Clamp-Fluorimetrie-Analysen an rOCT1 und rOCT1 Mutanten. Sie führten zur Identifizierung wichtiger Aminosäuren im Bindungsspalt von rOCT1, welche für die Interaktion mit Substraten oder Hemmstoffen wichtig sind. Homologiemodelle wurden zur Interpretationen der Ergebnisse herangezogen. In der vorgelegten Arbeit haben wir die Binding der Substrate MPP+ und TEA+ an rOCT1 bei 0°C gemessen um herauszufinden welche Aminosäuren in der Spaltregion von rOCT1 mit diesen Substraten interagieren, wenn der Transporter in der nach außen offenen Konfor¬mation „eingefroren“ ist. Für die Untersuchungen wurden Aminosäuren ausgewählt, deren Relevanz für den Transport von MPP+ und TEA+ in früheren Untersuchungen erkannt worden war. Es handelt sich um die Aminosäuren Asp475, Phe160, Leu447, Arg440, Trp218 und Tyr222. rOCT1 Wildtyp und rOCT1 Mutanten wurden stabil in HEK293 Zellen exprimiert. Mit diesen Zellen wurden bei 0oC Bindungsmessungen mit radioaktiv markiertem MPP+ und TEA+ unter Verwendung eines Magnesium und Calcium erhaltenen Puffers. Für die MPP+-Bindung an den rOCT1 Wildtyp ergab sich eine µmolare Dissoziationskonstante (KD), die keinen signifikanten Unterschied zum früher gemessenen Km Wert aufweist. Dieses Ergebnis zeigt, dass der Km von der MPP+-Bindung an die nach außen offene Konformation abhängig ist. Bei der Zugabe von 10 nM nicht-radioaktivem MPP+ war beim rOCT1 Wildtyp die Bindung von radioaktiv markiertem MPP+ um 20% erhöht. Dies deutet auf einen allosterischen Effekt einer hochaffinen MPP+ Bindungsstelle auf die direkt am Transport beteiligte µmolare Bindungsstelle hin. Mutationen der Aminosäuren Trp218, Phe160 und Asp475 führten zu Änderungen des KD Wertes für die MPP+ Bindung. Für die Mutanten von Trp218 wurde ein ähnlicher allosterischer MPP+ Effekt wie beim rOCT1 Wildtyp beobachtet. Die Unter¬suchungen weisen darauf hin, dass diese drei Aminosäuren in kritischen Positionen für die MPP+-Bindung von außen befinden. Bei 00C konnte beim rOCT1 Wildtyp keine TEA+-Bindung nachgewiesen werden. Dies legt den Schluss nahe, dass die TEA+-Bindungsstelle in der „eingefrorenen“ nach außen gerichteten Konformation unzugänglich ist. In Gegensatz dazu zeigen die Mutanten D475E, F160A, L447F, R440K und Y222F eine sehr niederaffine TEA+-Bindung mit hohen KD Werten, die sich stark von den entsprechenden Km Werten unterscheiden. Durch Experimente, bei denen die Bindung von MPP+ durch TEA+ bzw. die Bindung von TEA+ durch MPP+ gehemmt wurde, wurde die Hypothese bestätigt, dass sich die Bindungsstellen für MPP+ und TEA+ überlappen. Unsere Untersuchungen deuten darauf hin, dass in der nach außen gerichteten Konformation von rOCT1 Trp218, Phe160 und Asp475 direkt mit MPP+ und Phe160, Asp475, Leu447, Arg440 und Tyr222 direkt mit TEA+ interagieren.…